NORM in einem geothermischen Heizwerk
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NORM & Geothermie
NORM in einem geothermischen HeizwerkNORM in einem geothermischen Heizwerk
a) Verein für Kernverfahrenstechnik und Analytik Rossendorf e.V. (VKTA) PF 510119
D-01314 Dresden
Labor für Umwelt- und RadionuklidanalytikDAP-PL-2206.00
M. Köhler a), A. Wöllert a), H. Menzel b)
b) Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH, Obotritenring 40D-9053 Schwerin
NORM & Geothermie
ZusammenfassungZusammenfassung
Das geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe gewinnt Wärmeenergie aus 100 C heißem Wasser, welches aus einem 50 bis 100 m dicken Sandsteinreservoir in 2450 m Tiefe gepumpt wird. Um 6,5 MW thermische Leistung bereitzustellen, müssen bis zu 120 m3 h-1 durch die Anlage fließen.
Neben einer hohen Salzkonzentration von 216 g l-1 enthält das geförderte Wasser 5,9 Bq l-1 226Ra, 1,7 Bq l-1 210Pb, 8,2 Bq l-1 228Ra und 2 . 104 Bq l-1 222Rn. Die Quelle dieser Radionuklide sind die langlebigen Mutternuklide 238U und 232Th in den Speichergesteinen, welche in Konzentrationen von je 60 Bq kg -1 vorkommen. Die geochemischen Verhältnisse im Aquifer bedingen den Transport vorwiegend der Ra-Nuklide (226Ra, 228Ra).
Untersuchte Ablagerungen (Scale) an Pumpen, Rohren und die Filter wiesen Radionuklidkonzentrationen von bis zu 104 Bq kg-1 226Ra, 105 Bq kg-1 210Pb und 104 Bq kg-1 228Ra auf. 228Th befindet sich dabei nicht im radioaktiven Gleichgewicht mit dem Mutternuklid 228Ra und wächst mit T1/2 = 1,9 a nach.
Es werden Probleme bei der Anwendung des Teil 3 der StrlSchV aufgezeigt. Dies sind insbesondere folgende Fragestellungen:
Ist Teil 3 StrlSchV auf die Rückstände aus einem geothermisches Heizwerk überhaupt anzuwenden oder gibt die Tabelle XII Teil A abschließend die zu berücksichtigenden Materialien vor?
Ist eine Dosisabschätzung nach Anlage XII Teil D bei der Entlassung aus der Überwachung, die formal durch die hohe spezifische Aktivität der Materialien notwendig wäre, auch für Rückstandsmassen von einigen Kilogramm notwendig?
Sind die Freigabewerte für Oberflächenkontaminationen (Teil 2, Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) auch auf natürliche Radionuklide (Teil 3) übertragbar?
Es wird außerdem auf die Relevanz der bei TENORM in der Regel gestörten radioaktiven Ungleichgewichte hingewiesen.
Das geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe gewinnt Wärmeenergie aus 100 C heißem Wasser, welches aus einem 50 bis 100 m dicken Sandsteinreservoir in 2450 m Tiefe gepumpt wird. Um 6,5 MW thermische Leistung bereitzustellen, müssen bis zu 120 m3 h-1 durch die Anlage fließen.
Neben einer hohen Salzkonzentration von 216 g l-1 enthält das geförderte Wasser 5,9 Bq l-1 226Ra, 1,7 Bq l-1 210Pb, 8,2 Bq l-1 228Ra und 2 . 104 Bq l-1 222Rn. Die Quelle dieser Radionuklide sind die langlebigen Mutternuklide 238U und 232Th in den Speichergesteinen, welche in Konzentrationen von je 60 Bq kg -1 vorkommen. Die geochemischen Verhältnisse im Aquifer bedingen den Transport vorwiegend der Ra-Nuklide (226Ra, 228Ra).
Untersuchte Ablagerungen (Scale) an Pumpen, Rohren und die Filter wiesen Radionuklidkonzentrationen von bis zu 104 Bq kg-1 226Ra, 105 Bq kg-1 210Pb und 104 Bq kg-1 228Ra auf. 228Th befindet sich dabei nicht im radioaktiven Gleichgewicht mit dem Mutternuklid 228Ra und wächst mit T1/2 = 1,9 a nach.
Es werden Probleme bei der Anwendung des Teil 3 der StrlSchV aufgezeigt. Dies sind insbesondere folgende Fragestellungen:
Ist Teil 3 StrlSchV auf die Rückstände aus einem geothermisches Heizwerk überhaupt anzuwenden oder gibt die Tabelle XII Teil A abschließend die zu berücksichtigenden Materialien vor?
Ist eine Dosisabschätzung nach Anlage XII Teil D bei der Entlassung aus der Überwachung, die formal durch die hohe spezifische Aktivität der Materialien notwendig wäre, auch für Rückstandsmassen von einigen Kilogramm notwendig?
Sind die Freigabewerte für Oberflächenkontaminationen (Teil 2, Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) auch auf natürliche Radionuklide (Teil 3) übertragbar?
Es wird außerdem auf die Relevanz der bei TENORM in der Regel gestörten radioaktiven Ungleichgewichte hingewiesen.
NORM & Geothermie
GliederungGliederung
Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe
NORM – Konzentrationen und Quellen
Probleme bei der Anwendung des Teil 3 StrlSchV
(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?
(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmassen ?
(3) Freigabewerte für Oberflächenkontamination (Teil 2 StrlSchV) auf natürliche Radionuklide (Teil 3 StrlSchV) anwendbar ?
(4) radioaktive Ungleichgewichte beachten !?
Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe
NORM – Konzentrationen und Quellen
Probleme bei der Anwendung des Teil 3 StrlSchV
(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?
(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmassen ?
(3) Freigabewerte für Oberflächenkontamination (Teil 2 StrlSchV) auf natürliche Radionuklide (Teil 3 StrlSchV) anwendbar ?
(4) radioaktive Ungleichgewichte beachten !?
NORM & Geothermie
Geothermisches Heizwerk Neustadt-GleweGeothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe
Technische Daten:
6,5 MW thermische Leistung
120 m3 h-1 Pumpleistung
Technische Daten:
6,5 MW thermische Leistung
120 m3 h-1 Pumpleistung
Aquifer:
60 Bq kg-1 238U
60 Bq kg-1 232Th
Aquifer:
60 Bq kg-1 238U
60 Bq kg-1 232Th
Geothermales Wasser:
216 g l-1 Salzgehalt
5,9 Bq l-1 226Ra
2 104 Bq l-1 222Rn
1,7 Bq l-1 210Pb
8,2 Bq l-1 228Ra
Geothermales Wasser:
216 g l-1 Salzgehalt
5,9 Bq l-1 226Ra
2 104 Bq l-1 222Rn
1,7 Bq l-1 210Pb
8,2 Bq l-1 228Ra
injection hole source hole
2353 m 2450 m
pump
50 °C 100 °C
consumer
heat exchanger
260 m
NORM & Geothermie
NORM – Konzentrationen und QuellenNORM – Konzentrationen und Quellen
226Ra
[Bq g-1]
210Pb [Bq g-1]
228Ra [Bq g-1]
228Th [Bq g-1]
anode 0,51 23 0,76 0,15
scale 1 1,2 1,4 1,1 0,48
scale 2 1,6 135 1,8 0,77
filter 1 0,70 4,3 0,75 0,25
filter 2 21 93 20 9,3
226Ra
222Rn
228Ra
226Ra
210Pb
228Ra 228Th
ThermalwasserThermalwasser Scale, FilterScale, Filter
(T1/2 = 1,9 a)
NORM & Geothermie
(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?
Anlage XII Verwertung und Beseitigung überwachungsbedürftiger Rückstände
Teil A: Liste der zu berücksichtigenden Rückstände
1. Schlämme und Ablagerungen aus der Gewinnung von Erdöl und Erdgas
Anlage XII Verwertung und Beseitigung überwachungsbedürftiger Rückstände
Teil A: Liste der zu berücksichtigenden Rückstände
1. Schlämme und Ablagerungen aus der Gewinnung von Erdöl und Erdgas
Formal: Thermalwasser ist kein Erdöl
NORM & Geothermie
(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?
Einordnung als zu berücksichtigender Rückstand Anlage XII, Teil A
Einordnung als zu berücksichtigender Rückstand Anlage XII, Teil A
• ai > 0,2 Bq g-1
• Der Gruppe „zu berücksichtigend“ zugehörig
Einordnung als überwachungsbedürftiger RückstandAnlage XII, Teil B
Einordnung als überwachungsbedürftiger RückstandAnlage XII, Teil B
• R cU238max + cTh232max > 1 Bq g-1 (für übertägige Verwertung)
• Somit der Gruppe „überwachungsbeürftiger Rückstand“ zugehörig
• Unlogisch, Einordnung ist vom Verwertungsweg abhängig !!
NORM & Geothermie
(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?
Entlassung aus der Überwachung Anlage XII, Teil C
Entlassung aus der Überwachung Anlage XII, Teil C
• ai > 10 Bq g-1 (Standarddeponie)
• ai > 50 Bq g-1 (Deponie für überwachungsbedürftige Abfälle)
Vereinfachte Entlassung nach Anlage XII, Teil C nicht möglich
Entlassung aus der Überwachung nur, bei Einzelnachweis der Einhaltung der 1 mSv-Richtdosis für die Bevölkerung
Dosisabschätzung nach Anlage XII, Teil D für 50 kg Rückstände ?
Mischung möglich ? (Filterbelag mit Filtersack, Scale mit Rohr)
NORM & Geothermie
(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe
226Ra[Bq cm-2]
210Pb[Bq cm-2]
228Ra[Bq cm-2]
228Th[Bq cm-2]
Rost, Schlamm 0,055 4,6 0,062 0,026
Rost, Fett 0,15 0,34 0,15 0,073
Rost 1,1 0,86 1,1 0,57
Freigabe 1 1 1 0,1
Oberflächenaktivitäten vor der Dekontamination
NORM & Geothermie
(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe
1. -spektrometrische Bestimmung von Flächenaktivitäten
2. Kalibrierung eines Oberfächenkontaminationsmonitors im Labor
3. Kontrolle der mechanischen und chemischen Kontamination durch Messung -Zählrate
4. Berechnung der Flächenaktivitäten
1. -spektrometrische Bestimmung von Flächenaktivitäten
2. Kalibrierung eines Oberfächenkontaminationsmonitors im Labor
3. Kontrolle der mechanischen und chemischen Kontamination durch Messung -Zählrate
4. Berechnung der Flächenaktivitäten
1 mSv a-1 10 Sv a-1
• Sind flächenbezogene Freigabewerte (Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) aus dem kerntechnischen Teil 2 der StrlSchV auf NORM anwendbar ?
• Zugrundeliegende unterscheidliche Akzeptanzschwellen:
NORM & Geothermie
(4) Problem radioaktive Ungleichgewichte ?(4) Problem radioaktive Ungleichgewichte ?
• Berücksichtigung aller Radionuklide der Zerfallsreihe nach StrlSchV
• Analyse i. a. -Spektrometrie der langlebigen -Strahler
• Potentielle Gefahrenstellen (nicht berücksichtigte Ungleichgewichte):
• ggf. radiochemische Analysenverfahren einsetzen
• Berücksichtigung aller Radionuklide der Zerfallsreihe nach StrlSchV
• Analyse i. a. -Spektrometrie der langlebigen -Strahler
• Potentielle Gefahrenstellen (nicht berücksichtigte Ungleichgewichte):
• ggf. radiochemische Analysenverfahren einsetzenAnalysiertes
Nuklid Radioaktives Gleichgewicht zum
Analysenzeitpunkt mögliches radioaktives
Ungleichgewicht
234Th 234Th, 234mPa 238U, 234U, 230Th
210Pb 210Pb, (210Bi) 210Po
228Ra 228Ra, 228Ac 232Th
228Th228Th, 224Ra, 220Rn, 216Po, 212Pb, 212Bi,
208Tl, 212Po 232Th